JP2020017452A - Fuel cell system and control method for fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池の燃費向上等を目的として、燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離し、水分分離後のオフガスを燃料電池に供給して再利用する構成が用いられる場合がある。また、かかる構成において、アノードオフガスから水分を分離して貯留する気液分離器と、気液分離器からの水の排出を制御する弁とが用いられる場合がある。かかる弁が低温環境において凍結すると、気液分離器に溜まった水を排出することができない。そこで、弁の凍結を抑制するための方法が提案されている。例えば、特許文献1には、燃料電池の運転停止の際に、アノードガスの供給を停止した状態で発電を継続することにより弁に接続された流路を負圧とし、かかる状態で弁を開くことにより弁に向かって大気を流入させて弁の近傍に溜まった水を他の位置へと移動させる方法が開示されている。 For the purpose of improving the fuel efficiency of a fuel cell or the like, a configuration is sometimes used in which water is separated from anode off-gas discharged from the fuel cell, and the off-gas after water separation is supplied to the fuel cell for reuse. In such a configuration, a gas-liquid separator that separates and stores moisture from the anode off-gas and a valve that controls discharge of water from the gas-liquid separator may be used. If such a valve freezes in a low temperature environment, the water accumulated in the gas-liquid separator cannot be discharged. Therefore, a method for suppressing freezing of the valve has been proposed. For example, in Patent Document 1, when the operation of the fuel cell is stopped, the flow path connected to the valve is made to have a negative pressure by continuing power generation with the supply of the anode gas being stopped, and the valve is opened in such a state. Thus, a method is disclosed in which the atmosphere is caused to flow toward the valve to move water accumulated near the valve to another position.
しかし、氷点下で車両を短時間利用する場合には、気液分離器や弁は、燃料電池の廃熱で十分に温められずに凍結したままの状態となり得る。このような状態では、特許文献1の方法では、弁を開くことができず、発電に伴う生成水が気液分離器に溜まる一方で排出されない。その後、気液分離器や弁の近傍に貯留する水が増大した状態で車両が停止すると、より多くの水が凍結して、弁がより解凍し難くなるという問題がある。 However, when the vehicle is used at a temperature below freezing for a short time, the gas-liquid separator and the valve may not be sufficiently heated by the waste heat of the fuel cell and remain frozen. In such a state, according to the method of Patent Document 1, the valve cannot be opened, and the water generated by the power generation accumulates in the gas-liquid separator but is not discharged. Thereafter, when the vehicle stops in a state where the amount of water stored in the vicinity of the gas-liquid separator or the valve is increased, there is a problem that more water is frozen and the valve becomes more difficult to thaw.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized as the following embodiments.
(1)本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、前記気液分離器が分離した前記水分を前記気液分離器から排出するための排水流路と、前記排水流路に配置され、前記気液分離器からの前記水分の排出を制御する弁と、前記燃料電池の運転および前記弁の開閉を制御し、前記弁の凍結の有無を判定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信する場合に、前記弁の凍結の有無を繰り返し判定し、前記弁の凍結が有ると判定する場合に、前記弁の凍結が無いと判定するまで前記燃料電池の運転を継続し、前記弁の凍結が無いと判定する場合に、前記弁を開く処理を含む前記燃料電池の停止処理を実行する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、燃料電池の運転中に燃料電池の停止要求を受信する場合に、弁の凍結の有無を繰り返し判定し、弁の凍結が有ると判定する場合に、弁の凍結が無いと判定するまで燃料電池の運転を継続するので、燃料電池の運転に伴う廃熱によって弁の解凍を促進でき、また、弁の凍結が無いと判定する場合に、弁を開く処理を含む燃料電池の停止処理を実行するので、気液分離器や弁の近傍に溜まった水分を、排水流路を介して排出でき、かかる水分による弁の凍結を抑制できる。上述の「弁の凍結が有る」とは、凍った水により弁の開閉動作が妨げられる状態を意味する。弁の開閉動作が妨げられると、弁を介したガスの流通が行われない状態となることがある。「ガスの流通が行われない状態」とは、ガスの流通が全く行われない状態に加えて、ガスの流通量が所定量未満である状態も含む広い概念を意味する。また、「弁の凍結が無い」とは、弁を介したガスの流通が行われ得る状態、換言すると、上述の所定量以上のガスの流通が行われ得る状態であり、弁の一部に凍った水が付着している状態を含む広い意味を有する。
(2)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にアノードガスを供給する供給流路と、前記気液分離器と前記供給流路とを連通する循環流路と、前記循環流路に配置され、前記気液分離器により前記水分が分離された後の前記アノードオフガスを前記供給流路に供給するポンプと、を更に備え、前記停止処理は、前記ポンプの駆動を含んでもよい。この形態の燃料電池システムによれば、停止処理はポンプの駆動を含むので、供給流路から燃料電池に流入するガスの流量、すなわち、水分が分離された後のアノードオフガスとアノードガスの合計流量をポンプが停止した状態に比べて増大でき、燃料電池内に溜まった水の排出を促進できる。
(3)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記ポンプの駆動を含む前記停止処理を第1停止処理とするとき、前記制御部は、前記弁の凍結が有ると判定する場合であっても、前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信してから予め定められた期間の経過後まで継続的に前記弁の凍結が有ると判定する場合には、前記第1停止処理とは異なる第2停止処理であって前記ポンプの駆動を含まない前記停止処理である第2停止処理を実行してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、停止要求を受信してから予め定められた期間の経過後まで継続的に弁の凍結が有ると判定する場合には、ポンプの駆動を含まない停止処理である第2停止処理を実行するので、弁が凍結した状態においてポンプを駆動することを抑制できる。燃料電池の運転継続に伴って気液分離器に貯留する水分量は増大するおそれがある。しかし、この形態の燃料電池システムによれば、気液分離器に貯留する水分量が増大した状態においてポンプを駆動せずに燃料電池を停止できるので、ポンプの駆動に伴って気液分離器に貯留する水分が燃料電池に向かって送り出されて燃料電池内に入り込むことを抑制できる。
(4)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にアノードガスを供給する供給流路と、前記気液分離器と前記供給流路とを連通する循環流路と、前記供給流路におけるガス圧を検出する圧力センサと、を更に備え、前記制御部は、前記弁に対して開弁指示を送信する前の前記ガス圧に対する、該開弁指示の送信後の前記ガス圧の低下量を利用して、前記弁の凍結の有無を判定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、弁に対して開弁指示を送信する前のガス圧に対する開弁指示の送信後のガス圧の低下量を利用して弁の凍結の有無を判定するので、弁の凍結を精度良く判定できる。弁の凍結が無い場合には、開弁指示に応じて弁の開度が増して水分と共に気液分離器内や循環流路内のガスも排出されるため、循環流路と連通する供給流路のガス圧は低下する。これに対して、弁の凍結が有る場合、開弁指示を送信した場合の弁の開度は弁が凍結している場合に比べて低く、弁を介して排出されるガスの量は少ない。このため、弁の凍結が有る場合と無い場合とで、開弁指示の送信前後のガス圧の低下量に差異が生じるので、上記形態の燃料電池システムによれば、弁の凍結を精度良く判定できる。
本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載した車両、燃料電池システムの制御方法、かかる方法を実行するためのプログラム、かかるプログラムを記憶する記憶媒体等の形態で実現することができる。
(1) According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell system is provided. The fuel cell system includes a fuel cell, a gas-liquid separator that separates moisture from an anode off-gas discharged from the fuel cell, and a device that discharges the water separated by the gas-liquid separator from the gas-liquid separator. A drain channel, a valve disposed in the drain channel, for controlling the discharge of the moisture from the gas-liquid separator, and controlling the operation of the fuel cell and the opening and closing of the valve; A control unit for determining the presence or absence of the valve, wherein the control unit repeatedly determines whether or not the valve is frozen when receiving a request to stop the fuel cell during operation of the fuel cell, and freezes the valve. When it is determined that there is no freezing, the operation of the fuel cell is continued until it is determined that there is no freezing of the valve, and when it is determined that there is no freezing of the valve, the fuel cell includes a process of opening the valve. Execute stop processing. According to the fuel cell system of this aspect, the control unit repeatedly determines whether or not the valve is frozen when receiving a request to stop the fuel cell during operation of the fuel cell, and determines that the valve is frozen. Since the operation of the fuel cell is continued until it is determined that the valve is not frozen, the thawing of the valve can be promoted by waste heat accompanying the operation of the fuel cell. Since the fuel cell stop process including the process of opening the fuel cell is performed, the moisture accumulated near the gas-liquid separator and the valve can be discharged through the drain passage, and the freezing of the valve due to the moisture can be suppressed. The phrase “the valve is frozen” means a state in which the opening and closing operation of the valve is hindered by the frozen water. If the opening / closing operation of the valve is hindered, the gas may not be circulated through the valve. The “state in which gas does not flow” means a broad concept including a state in which gas flow is less than a predetermined amount, in addition to a state in which gas flow is not performed at all. Further, "there is no freezing of the valve" means a state in which the gas can be circulated through the valve, in other words, a state in which the gas having a predetermined amount or more can be circulated. It has a broad meaning including the state where frozen water is attached.
(2) In the fuel cell system according to the above aspect, a supply flow path for supplying anode gas to the fuel cell, a circulation flow path that connects the gas-liquid separator and the supply flow path, and the circulation flow path A pump for supplying the anode off-gas after the water has been separated by the gas-liquid separator to the supply flow path, and the stopping process may include driving the pump. According to the fuel cell system of this embodiment, since the stop processing includes driving of the pump, the flow rate of the gas flowing into the fuel cell from the supply flow path, that is, the total flow rate of the anode off-gas and the anode gas after moisture is separated Can be increased as compared with the state where the pump is stopped, and the discharge of water accumulated in the fuel cell can be promoted.
(3) In the fuel cell system according to the above aspect, when the stop processing including the drive of the pump is a first stop processing, the control unit may determine that the valve is frozen, When it is determined that the valve is continuously frozen until a predetermined period elapses after receiving the fuel cell stop request during operation of the fuel cell, the first stop processing is different from the first stop processing. A second stop process, which is the second stop process and does not include the driving of the pump, may be performed. According to the fuel cell system of this aspect, the control unit includes the driving of the pump when determining that the valve is continuously frozen until a predetermined period has elapsed after receiving the stop request. Since the second stop processing, which is a stop processing that is not performed, is performed, it is possible to suppress driving of the pump in a state where the valve is frozen. As the operation of the fuel cell continues, the amount of water stored in the gas-liquid separator may increase. However, according to the fuel cell system of this embodiment, the fuel cell can be stopped without driving the pump in a state where the amount of water stored in the gas-liquid separator is increased. It is possible to prevent the stored water from being sent out toward the fuel cell and entering the fuel cell.
(4) In the fuel cell system according to the above aspect, a supply passage for supplying anode gas to the fuel cell, a circulation passage for communicating the gas-liquid separator with the supply passage, and a gas in the supply passage. And a pressure sensor for detecting pressure, wherein the controller is configured to determine a decrease amount of the gas pressure after transmitting the valve opening instruction with respect to the gas pressure before transmitting the valve opening instruction to the valve. Utilization may be used to determine whether the valve is frozen. According to the fuel cell system of this aspect, the control unit uses the amount of decrease in gas pressure after transmitting the valve opening instruction with respect to the gas pressure before transmitting the valve opening instruction to the valve to determine whether the valve is frozen. Is determined, the freezing of the valve can be accurately determined. If there is no freezing of the valve, the opening of the valve increases in response to the valve opening instruction, and the gas in the gas-liquid separator and the circulation flow path is discharged together with the moisture. The gas pressure in the road decreases. On the other hand, when the valve is frozen, the opening of the valve when the valve opening instruction is transmitted is lower than when the valve is frozen, and the amount of gas discharged through the valve is small. For this reason, the amount of decrease in gas pressure before and after the transmission of the valve opening instruction is different between the case where the valve is frozen and the case where the valve is not frozen. it can.
The present disclosure can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in the form of a vehicle equipped with a fuel cell system, a method of controlling the fuel cell system, a program for executing the method, a storage medium for storing the program, and the like.
A.第1実施形態:
A1.システム構成:
図1は、本開示の一実施形態としての燃料電池システム10の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム10は、アノードガスおよびカソードガスを用いた燃料電池100の電気化学反応により生じた電力を出力する。本実施形態において、燃料電池システム10は、車両に搭載され、車両の駆動モータに電力を供給する。燃料電池システム10は、燃料電池100と、カソード側ガス供給排出機構200と、アノード側ガス供給排出機構300と、制御部600とを備える。
A. First embodiment:
A1. System configuration:
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a
燃料電池100は、積層された複数の単セル110から成るセルスタックと、一対のエンドプレート111a、111bとを備える。各単セル110は、固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層と、両極の触媒電極層の外側にそれぞれ配置されたアノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層を備える。アノード側触媒電極層にはアノードガスとしての水素ガスが供給される。カソード側触媒層電極層にはカソードガスとしての空気が供給される。両極の触媒電極層は、いずれも触媒、例えば、白金(Pt)を担持したカーボン粒子と電解質樹脂を含んで構成される。両極のガス拡散層は、いずれも多孔質体により形成されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュおよび発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。燃料電池100の内部には、アノードガス、カソードガス、アノードオフガス、カソードオフガスおよび冷却媒体を流通させるための複数のマニホールドが積層方向に沿って形成されている。図1では、アノードガス供給マニホールド102aと、アノードオフガス排出マニホールド102bとが代表して表されている。一対のエンドプレート111a、111bは、いずれも略板状の外観形状を有する部材であり、燃料電池100の積層方向の両端部に配置されている。エンドプレート111aには、各マニホールドの端部を形成する厚さ方向の貫通孔が設けられている。なお、図1では、カソード側ガス供給排出機構200は、エンドプレート111bにおいて燃料電池100に接続されているように描かれているが、エンドプレート111bに代えて、エンドプレート111aにおいて燃料電池100に接続されてもよい。
The
カソード側ガス供給排出機構200は、燃料電池100へのカソードガスの供給および燃料電池100からのカソードオフガスの排出を行なう。カソード側ガス供給排出機構200は、カソードガス取込流路210と、カソード供給流路211と、カソード排出流路212と、バイパス流路213と、エアコンプレッサ220と、三方弁230と、背圧弁240とを備える。
The cathode-side gas supply /
カソードガス取込流路210は、大気中から空気を取り込むために用いられる。カソードガス取込流路210の一端は大気開放され、他端は三方弁230に接続されている。カソード供給流路211は、エアコンプレッサ220から出力される圧縮空気を燃料電池100に導く。カソード供給流路211の一端は三方弁230に接続され、他端は燃料電池100内の図示しないカソード供給マニホールドに接続されている。カソード排出流路212は、燃料電池100から排出されるアノードオフガスを外部に導く。カソード排出流路212の一端は燃料電池100内の図示しないカソードオフガス排出マニホールドに接続され、他端はバイパス流路213に接続されている。バイパス流路213は、エアコンプレッサ220から出力される圧縮空気の一部を、燃料電池100を介さずに排出するために用いられる。バイパス流路213の一端は三方弁230に接続され、他端は大気開放されている。バイパス流路213には、上述したカソード排出流路212に加えて、後述の排水流路312も接続されている。カソード排出流路212を通って燃料電池100から排出されたカソードオフガスと、排水流路312から排出される水分およびアノードオフガスとは、エアコンプレッサ220からバイパス流路213へと流入する空気によって大気中へと排出される。ここで、「排水流路312から排出される水分」とは、気液分離器360によって分離された水分を含む。そして、かかる水分とは、液体の水、水蒸気、および霧状の水を含む。
The cathode
エアコンプレッサ220は、カソードガス取込流路210に配置されている。エアコンプレッサ220は、図示しないエアクリーナにより塵等の異物が除去された後の空気を吸入し、かかる空気を圧縮して出力する。三方弁230は、カソードガス取込流路210と、カソード供給流路211と、バイパス流路213とを接続する。三方弁230は、エアコンプレッサ220から出力される圧縮空気のうち、カソード供給流路211へ送出される流量と、バイパス流路213へと送出される流量とを調整する。背圧弁240は、カソード排出流路212に設けられ、燃料電池100におけるカソードオフガスの排出側のガス圧を調整する。
The
アノード側ガス供給排出機構300は、燃料電池100へのアノードガスの供給および燃料電池100からのアノードオフガスの排出を行なう。アノード側ガス供給排出機構300は、アノードガス供給流路310と、循環流路311と、排水流路312と、水素ガスタンク320と、遮断弁330と、調圧弁340と、インジェクタ350と、気液分離器360と、ポンプ370と、排気排水弁380と、圧力センサ390とを備える。
The anode-side gas supply /
アノードガス供給流路310は、燃料電池100にアノードガスを導く。アノードガス供給流路310の一端は水素ガスタンク320に接続され、他端は燃料電池100内のアノードガス供給マニホールド102aに接続されている。循環流路311は、気液分離器360とアノードガス供給流路310とを接続する。循環流路311とアノードガス供給流路310との接続箇所は、インジェクタ350と燃料電池100との間に位置する。排水流路312は、気液分離器360が分離した水分を気液分離器360から排出するために用いられる。排水流路312の一端は気液分離器360に接続され、他端はバイパス流路213に接続されている。
The anode
水素ガスタンク320は、アノードガスとしての高圧水素ガスを貯蔵している。遮断弁330は、アノードガス供給流路310における水素ガスタンク320の近傍に配置され、水素ガスタンク320からの水素ガスの供給の実行と停止とを切り替える。調圧弁340は、アノードガス供給流路310において遮断弁330の下流側且つインジェクタ350の上流側に配置されている。調圧弁340は、自身の上流側の一次圧を減圧することにより、下流側の二次圧を予め設定されている圧力に調整する。インジェクタ350は、アノードガス供給流路310において調圧弁340の下流側に配置されている。インジェクタ350は、燃料電池100にアノードガスを噴射する。このとき、インジェクタ350におけるアノードガスの噴射周期および噴射デューティが調整されることにより、燃料電池100へのアノードガスの供給量及びアノードガス供給流路310のガス圧が調整され得る。なお噴射デューティとは、噴射周期の一周期あたりに水素ガスを噴射する時間の割合を意味する。
The
アノードガスは、アノードガス供給マニホールド102aを通って各単セル110に供給される。そして、各単セル110において供給されるアノードガスの一部が消費され、未使用のアノードガスは、アノードオフガスとしてアノードオフガス排出マニホールド102bを介して気液分離器360へと排出される。気液分離器360は、燃料電池100から排出されるアノードオフガスから水分を分離する。アノードオフガスには、各単セル110において電気化学反応に用いられなかった残余の水素ガスの他、電解質膜を介してカソード側からアノード側へと透過した窒素ガスが含まれる。更に、アノードオフガスには、各単セル110において電解質膜を介してカソード側からアノード側へと透過した水が含まれる。気液分離器360は、アノードオフガスに含まれる水分をアノードオフガスから分離する。本実施形態において、気液分離器360は、エンドプレート111aに設けられた凹部と、かかる凹部を覆うカバー部材とにより構成されている。エンドプレート111aに設けられた凹部は、エンドプレート111aの外側表面に開口し、エンドプレート111aの厚さ方向が深さ方向となる形状を有する。かかる凹部には、アノードオフガス排出マニホールド102bとの連通孔が設けられている。上述のカバー部材の内部には、エンドプレート111aに設けられた凹部と同様な凹部が形成されている。これら2つの凹部同士が向かい合って連通することにより、気液分離および水分貯留のための空間(以下、「分離用空間」と呼ぶ)が形成されている。分離用空間にアノードオフガスが流入して内部の壁面にぶつかることによりアノードオフガス中の水分が凝結して分離用空間の下方に導かれる。分利用空間の最下部には、排水流路312と連通する連通孔が設けられている。排気排水弁380が閉状態においては、分離用空間内に水が溜まることになる。これに対して、排気排水弁380が開状態においては、分離用空間に溜まった水が排出される。分離用空間の上方には、循環流路311との連通孔が設けられている。水分が分離された後のアノードオフガスは、かかる連通孔から循環流路311へと流入する。気液分離器360は、エンドプレート111aの一部を構成要素として有しているため、燃料電池100の運転に伴って生じる廃熱は、気液分離器360に伝わり易い。
The anode gas is supplied to each
ポンプ370は、循環流路311に配置され、気液分離器360により水分が分離された後のアノードオフガスを、アノードガス供給流路310に供給する。水分が分離された後のアノードオフガスには、上述のように各単セル110において使用されなかった残余のアノードガスが含まれている。このため、本実施形態の燃料電池システム10では、かかるアノードオフガスをアノードガス供給流路310に戻して燃料電池100に再び供給することにより燃費の向上を図っている。
The
排気排水弁380は、排水流路312に配置され、気液分離器360からの水分の排出を制御する。本実施形態において、排気排水弁380は、気液分離器360に接して配置されている。本実施形態において、排気排水弁380は、開閉弁により構成されている。このため、開状態と閉状態の2つの状態のうちのいずれかの状態が選択的に設定され得る。排気排水弁380が開状態の場合、上述の分離用空間と排水流路312とが連通し、気液分離器360に溜まった水が排気排水弁380を介して排水流路312へと排出される。他方、排気排水弁380が閉状態の場合、分離用空間と排水流路312とは連通せず、したがって、気液分離器360に溜まった水は排出されない。なお、排気排水弁380を、開閉弁に代えて、複数の開度に調整可能な他の任意の種類の弁により構成してもよい。
The exhaust /
圧力センサ390は、アノードガス供給流路310におけるガス圧(以下、「アノード供給圧力」と呼ぶ)を検出する。本実施形態において、圧力センサ390は、アノードガス供給流路310において循環流路311との接続箇所よりも水素ガスタンク320により近い位置に配置されている。上述のように、アノードガス供給流路310には、インジェクタ350から噴射された水素ガスと、循環流路311を介してポンプ370から送られるアノードオフガスとが供給される。したがって、圧力センサ390は、これらのガスの合計圧力を、アノード供給圧力として検出する。
制御部600は、燃料電池100の運転および排気排水弁380の開閉の制御と、排気排水弁380の凍結の有無の判定を実行する。本実施形態において制御部600は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)とを有するコンピュータにより構成されている。CPUは、ROMに予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、燃料電池100の運転の制御、排気排水弁380の開閉の制御、排気排水弁380の凍結の有無の判定等を実行する機能部として機能する。本実施形態において、上述の各弁230、240、330、340、380は、いずれも電磁弁であり、制御部600と電気的に接続されている。制御部600は、これらの各弁230、240、330、340、380の開度制御または開閉の切替動作の制御を行う。また、制御部600は、エアコンプレッサ220、インジェクタ350およびポンプ370とそれぞれ電気的に接続されており、エアコンプレッサ220、インジェクタ350およびポンプ370の動作を制御する。
The
制御部600は、上述の燃料電池100の運転および排気排水弁380の開閉の制御と、排気排水弁380の凍結の有無の判定とに加えて、燃料電池100の運転に係る燃料電池システム10全体の制御を実行する。例えば、制御部600は、車両に搭載された図示しない車両制御装置から送信される運転要求および停止要求を受信し、これらの要求に応じて燃料電池100の運転または後述のシステム停止処理を実行する。燃料電池100の運転を実行する場合、制御部600は、車両制御装置から受信するアクセル開度および車速の情報や、補機類の動作状態を示す情報などを利用して、出力電流値および出力電圧値から成る燃料電池100の動作点を決定し、かかる動作点を実現するために燃料電池100に供給する水素ガスおよび空気の流量を決定する。また、制御部600は、決定された水素ガスおよび空気の流量を実現するように、各弁330、340、230、240と、インジェクタ350と、ポンプ370と、エアコンプレッサ220とを制御する。また、制御部600は、燃料電池100の運転中において、定期的に排気排水弁380に対して開動作を指示することにより、気液分離器360に溜まった水を排出するように制御する。また、制御部600は、圧力センサ390により検出された圧力値に基づきインジェクタ350の噴射量および噴射デューティを制御するフィードバック制御を行う。
The
図1では省略されているが、燃料電池システム10は、上述の燃料電池100、カソード側ガス供給排出機構200およびアノード側ガス供給排出機構300に加えて、冷却媒体循環機構および電源回路を備えている。冷却媒体循環機構は、燃料電池100内に設けられた冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドを含む循環流路に冷却媒体を循環させることにより、燃料電池100の温度を調整する。冷却媒体循環機構は、上述の冷却媒体の循環流路の他、ラジエータや、冷却媒体を循環させるためのポンプなどを備える。電源回路は、燃料電池100と図示しない二次電池とのうちの少なくとも一方から、車両に搭載されている駆動モータや、各種補機に電力を供給する。電源回路は、DC−DCコンバータおよびインバータなどを備える。
Although omitted in FIG. 1, the
上述のアノードガス供給流路310は、課題を解決するための手段における供給流路の下位概念に相当する。また、排気排水弁380は、課題を解決するための手段における弁の下位概念に相当する。
The above-described anode
A2.燃料電池システム10の制御:
上述のように、制御部600は燃料電池システム10の制御を実行する。この燃料電池システム10の制御には、システム停止処理が含まれる。後述するように、システム停止処理が実行されることにより排気排水弁380の凍結が抑制される。
A2. Control of the fuel cell system 10:
As described above, the
図2は、第1実施形態におけるシステム停止処理の手順を示すフローチャートである。車両が停止し、利用者によって停止操作、例えば、車両の運転停止ボタンの押下が行われた場合に、車両制御装置は、燃料電池100の停止要求を制御部600に送信する。かかる停止要求が制御部600によって受信されると、システム停止処理が開始される。なお、利用者によって停止操作が行われる際、車両は停止しており、補機類への電力供給のための燃料電池100の運転(以下、「アイドリング運転」と呼ぶ)が実行されている。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of a system stop process according to the first embodiment. When the vehicle stops and the user performs a stop operation, for example, presses a vehicle stop button, the vehicle control device transmits a request to stop the
制御部600は、排気排水弁の凍結の有無の判定処理(以下、「排気排水弁凍結判定処理」と呼ぶ)を実行する(ステップS105)。本実施形態において、「凍結が有る」とは、凍った水により排気排水弁380の開閉動作が妨げられる状態を意味する。排気排水弁380の開閉動作が妨げられると、排気排水弁380を介したガスの流通が行われない状態となることがある。上記「ガスの流通が行われない状態」とは、ガスの流通が全く行われない状態に加えて、ガスの流通量が所定量未満である状態も含む広い概念を意味する。他方、「凍結が無い」とは、排気排水弁380を介したガスの流通が行われ得る状態、換言すると、上述の所定量以上のガスの流通が行われ得る状態であり、排気排水弁380の一部に凍った水が付着している状態を含む広い意味を有する。なお、上述のガスの所定量としては、例えば、排気排水弁凍結判定処理の実行中における合計流量として100ml(ミリリットル)であってもよい。なお、100mlに限らず任意の量であってもよい。例えば、0ml以上200ml以下の任意の値であってもよい。より好ましくは、0ml以上100ml以下の任意の値であってもよい。
The
図3は、第1実施形態における排気排水弁凍結判定処理の手順を示すフローチャートである。制御部600は、圧力センサ390から送信される検出値を受信することによりアノード供給圧力を特定する(ステップS205)。制御部600は、排気排水弁380に開動作を指示した後に、アノード供給圧力を再度特定する(ステップS210)。上述のように、制御部600は、定期的に排気排水弁380に対して開動作を指示しており、ステップS205の後の開動作指示が実行された後に、ステップS210が実行され、アノード供給圧力が再度特定される。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of an exhaust / drain valve freeze determination process according to the first embodiment.
制御部600は、ステップS210で特定されたアノード供給圧力は、前回特定された圧力(以下、「前回特定値」と呼ぶ)から所定の閾値以上低下したか否かを判定する(ステップS215)。アノード供給圧力は前回特定値から所定の閾値以上低下していないと判定された場合(ステップS215:NO)、制御部600は、排気排水弁380の凍結が有ると判定する(ステップS220)。
The
これに対して、アノード供給圧力は前回特定値から所定の閾値以上低下したと判定された場合(ステップS215:YES)、制御部600は、「アノード供給圧力は前回特定値から所定値以上低下した」との判定(判定結果)は、排気排水弁凍結判定処理の開始後において5回目の判定(判定結果)であるか否かを判定する(ステップS225)。5回目の判定でないと判定された場合(ステップS225:NO)、上述のステップS210に戻る。他方、5回目の判定であると判定された場合(ステップS225:YES)、制御部600は、排気排水弁380の凍結が無いと判定する(ステップS230)。5回目の判定となる前にステップS215において「アノード供給圧力は前回特定値から所定値以上低下していない」と判定された場合、上述のように凍結が有ると判定されて排気排水弁凍結判定処理は終了する。したがって、ステップS225において5回目の判定であると判定される場合とは、5回連続して「アノード供給圧力は前回特定値から所定値以上低下した」と判定される場合を意味する。そして、この場合、排気排水弁380の凍結が無いと判定される。
On the other hand, when it is determined that the anode supply pressure has decreased by the predetermined threshold value or more from the previous specific value (step S215: YES), the
図4は、排気排水弁凍結判定処理の実行中におけるアノード供給圧力、インジェクタ350の動作状態、および排気排水弁380への動作指示内容を示すタイミングチャートである。図4において、上段はアノード供給圧力を示し、中段はインジェクタ350の動作状態を示し、下段は排気排水弁380の動作状態を示す。また、図4において、横軸は時刻を示す。なお、排気排水弁380の凍結が有る場合のアノード供給圧力を太い実線で示し、排気排水弁380の凍結が無い場合のアノード供給圧力を破線で示す。インジェクタ350のオンとは、インジェクタ350が水素ガスを噴射している状態を示し、インジェクタ350のオフとは水素ガスを噴射していない状態を示す。排気排水弁380の「開」とは、制御部600が排気排水弁380に開動作を指示することを意味する。また、排気排水弁380の「閉」とは、制御部600が排気排水弁380に閉動作を指示することを意味する。
FIG. 4 is a timing chart showing the anode supply pressure, the operation state of the
インジェクタ350が水素ガスを噴射する時刻T1からT2までの期間において、アノード供給圧力は上昇する。時刻T2においてインジェクタ350による水素ガスの噴射が停止すると、燃料電池100における水素ガスの消費に伴ってアノード供給圧力は低下し始め、次にインジェクタ350による水素ガスの噴射が開始される時刻T5までアノード供給圧力の低下は継続する。排気排水弁380の凍結が無い場合、時刻T5よりも前の時刻T4において開動作の指示を受けると、排気排水弁380は開く。このため、気液分離器360内に溜まった水が排水流路312を介して排出されるとともに、循環流路311内のガスが排水流路312へと排出される。したがって、アノード供給圧力の単位時間当たりの低下量は、図4において破線で示すように急激に大きくなり、アノード供給圧力は急激に低下する。
The anode supply pressure increases during the period from time T1 to time T2 when the
他方、排気排水弁380の凍結が有る場合、時刻T4において開動作の指示を受けても、排気排水弁380は閉じた状態のまま開かない。このため、気液分離器360内に溜まった水と循環流路311内のガスとはいずれも排出されず、アノード供給圧力の単位時間当たりの低下量は、開動作の指示を受ける前から変化しない。したがって、排気排水弁380の凍結が有る場合における開動作の指示を送信する時刻T4よりも前の時刻T3におけるアノード供給圧力に対する、開動作の指示を送信後の時刻T5におけるアノード供給圧力の低下量(以下、単に「圧力低下量」と呼ぶ)ΔP1は、凍結が無い場合の圧力低下量ΔP2よりも小さい。そこで、上述のステップS215の所定の閾値を、圧力低下量ΔP1よりも大きく圧力低下量ΔP2よりも小さい値に設定することにより、アノード供給圧力の低下量が所定の閾値以上に低下した場合に凍結が無いと判定し、所定の閾値以上に低下していない場合に凍結が有ると判定するようにしている。本実施形態では、時刻T3は、時刻T2、すなわち、インジェクタ350がオンからオフに変化した時刻から所定時間経過後のタイミングとして設定されている。また、時刻T5は、時刻T4、すなわち、排気排水弁380の開動作の指示を送信した時刻から所定時間経過後のタイミングとして設定されている。なお、排気排水弁380の凍結の有無による圧力低下量の相違は、時刻T3および時刻T5のアノード供給圧力に限らず、開動作の指示の送信前後の任意の時刻のアノード供給圧力において生じ得る。したがって、時刻T3および時刻T5の設定方法は、上記方法に限らず、開動作の指示の送信前後の時刻をそれぞれ設定可能な任意の方法により設定してもよい。図2に示すように、上述のステップS220またはS230が実行された後、図2に示すステップS110が実行される。
On the other hand, when the exhaust /
制御部600は、排気排水弁凍結判定処理の結果に基づき、排気排水弁380の凍結の有無を判定する(ステップS110)。排気排水弁380の凍結が有ると判定された場合(ステップS110:YES)、制御部600は、燃料電池100の運転を継続する(ステップS125)。上述のように、システム停止処理が実行される際、車両は停止しており、アイドリング運転が実行されている。ステップS125では、かかるアイドリング運転が継続して実行される。ステップS125の後、上述のステップS105に戻る。なお、図2では、ステップS125は、便宜上1つのステップとして表されているが、ステップS125を省略してもよい。かかる構成においても、アイドリング運転は継続して実行されている。上述のように気液分離器360の一部はエンドプレート111aにより構成されているため、アイドリング運転が継続して実行されることにより、燃料電池100の廃熱は気液分離器360に継続的に伝わり、また、気液分離器360から排気排水弁380へと継続的に伝わる。このため、排気排水弁380の解凍が促進され、アイドリング運転が継続されるうちにステップS110において「排気排水弁380の凍結が無い」と判定されることとなる。
The
排気排水弁380の凍結が無いと判定された場合(ステップS110:NO)、制御部600は、終了時暖機を実行する(ステップS115)。終了時暖機とは、システム停止処理の1つのステップとして実行される急速暖機を意味し、始動時暖機と同様な処理が実行される。具体的には、通常運転時に比べて発電効率の低い動作点において燃料電池100が運転される。例えば、供給する空気量を通常のアイドリング運転時に比べて極端に低減させることにより発電効率を低減させる処理が実行されてもよい。終了時暖機が実行されることにより、燃料電池100の廃熱は増大する。このため、燃料電池100内の水分の蒸発を促進でき、後述の停止処理において燃料電池100内の水の排出を促進できる。
When it is determined that the exhaust /
ステップS115の実行後、制御部600は、燃料電池100の停止処理を実行する(ステップS120)。本実施形態において、燃料電池100の停止処理には、補機類への給電停止に伴うインジェクタ350およびエアコンプレッサ220の動作停止に加えて、ポンプ370の駆動と、排気排水弁380の開動作とが含まれる。ポンプ370を駆動させることにより、燃料電池100のアノード側に流入するガス量を増大させて、燃料電池100内の水をより多く排出させることができる。また、排気排水弁380の開動作により気液分離器360に溜まった水分と、終了時暖気により気化した燃料電池100内の水分、すなわち水蒸気とが排出される。このステップS120が実行される際には、ステップS115の実行により排気排水弁380の凍結は無くなっているので、排気排水弁380に対して開動作の指示が送信された場合、排気排水弁380の開動作は実際に行われる。したがって、上述の水分および水蒸気の排出が実行される。ステップS120の実行後、システム停止処理は終了する。
After execution of step S115,
図5は、システム起動時からシステム停止処理の完了までの期間におけるユーザ操作、温度、排気排水弁凍結判定処理、終了時暖気処理、および燃料電池100の停止処理の実行状況を示すタイミングチャートである。図5において、最上段はユーザ操作を示し、上から2段目は温度を示し、上から3段目は排気排水弁凍結判定処理の処理結果を示し、上から4段目は終了時暖気を示し、最下段は燃料電池100の停止処理を示す。また、図5において、横軸は時刻を示す。「温度」において、太い実線は、冷却媒体循環機構により循環される冷却媒体の温度(以下、「FC水温」と呼ぶ)を示し、細い一点鎖線は、排気排水弁380の温度(以下、「弁温度」と呼ぶ)を示す。
FIG. 5 is a timing chart showing the state of execution of the user operation, the temperature, the exhaust / drain valve freezing determination process, the warm-up process at the time of termination, and the stop process of the
時刻T11に利用者が車両の起動スイッチ(ST)がオンすると、燃料電池100が起動し、FC水温および弁温度は上昇する。その後、時刻T12において、利用者は、車両の運転停止スイッチを押下(IG_OFF)する。すなわち、時刻T11からT12までの期間において、車両は運転されている。図5の例では、時刻T11から時刻T12までの期間において、排気排水弁380は継続して凍結している。このような状況は、例えば、0℃以下の低温環境において短時間だけ車両の運転が行われる場合などに起こり得る。FC水温は時刻T12の後も上昇を続け、時刻T13に下降に転じる。燃料電池100の通常運転時の廃熱により温められた冷却媒体は、車両停止後も循環を続けるため水温は上昇を続けるが、その後、アイドリング運転となり廃熱量が減ると、FC水温は降下に転じることとなる。弁温度は、時刻T11から上昇し、時刻T13を越えても上昇を続けている。これは、時刻T13の後におけるアイドリング運転の継続的な実行により(ステップS125)、燃料電池100の廃熱が排気排水弁380に伝わるためである。その後、時刻T14において排気排水弁380の凍結が無いと判定されると、終了時暖気が実行され(ステップS115)、FC水温は急激に上昇する。時刻T15において、終了時暖気が終了するとFC温度および弁温度は降下する。このとき排気排水弁380の凍結は無いため、停止処理が実行された際に排気排水弁380は開動作を行うことができ、排気排水弁380内に溜まった水は外部へと排出される。
When the user turns on the start switch (ST) of the vehicle at time T11, the
以上説明した第1実施形態の燃料電池システム10によれば、制御部600は、燃料電池100の運転中に燃料電池100の停止要求を受信する場合に、排気排水弁380の凍結の有無を繰り返し判定し、排気排水弁380の凍結が有ると判定する場合に、排気排水弁380の凍結が無いと判定するまでアイドリング運転を継続するので、燃料電池100の運転に伴う廃熱によって排気排水弁380の解凍を促進できる。また、排気排水弁380の凍結が無いと判定する場合に、排気排水弁380を開く処理を含む燃料電池100の停止処理を実行するので、気液分離器360や排気排水弁380の近傍に溜まった水分を、排水流路312を介して排出でき、かかる水分による排気排水弁380の凍結を抑制できる。
According to the
また、停止処理はポンプ370の駆動を含むので、アノードガス供給流路310から燃料電池100に供給されるガスの流量、すなわち、水分が分離された後のアノードオフガスと水素ガスの合計流量をポンプ370が停止した状態に比べて増大でき、燃料電池100内に溜まった水の排出を促進できる。
Further, since the stop process includes the driving of the
また、制御部600は、排気排水弁380に対して開弁指示を送信する前のアノード供給圧力に対する開弁指示の送信後のアノード供給圧力の低下量を利用して排気排水弁380の凍結の有無を判定するので、排気排水弁380の凍結を精度良く判定できる。排気排水弁380の凍結が無い場合には、開弁指示に応じて排気排水弁380の開度が増して水分と共に気液分離器360内や循環流路311内のガスも排出されるため、循環流路311と連通するアノードガス供給流路310のガス圧は低下する。これに対して、排気排水弁380の凍結が有る場合、開弁指示を送信した場合の排気排水弁380の開度は排気排水弁380が凍結している場合に比べて低く、排気排水弁380を介して排出されるガスの量は少ない。このため、排気排水弁380の凍結が有る場合と無い場合とで、開弁指示の送信前後のアノード供給圧力の低下量に差異が生じる。したがって、燃料電池システム10によれば、排気排水弁380の凍結を精度良く判定できる。
In addition, the
B.第2実施形態:
第2実施形態の燃料電池システム10のシステム構成は、第1実施形態の燃料電池システム10と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
B. Second embodiment:
Since the system configuration of the
図6は、第2実施形態におけるシステム停止処理の手順を示すフローチャートである。第2実施形態のシステム停止処理は、ステップS123およびステップS130を追加して実行する点において、第1実施形態におけるシステム停止処理と異なる。第2実施形態のシステム停止処理におけるその他の手順は、第1実施形態のシステム停止処理と同じであるので、同一の手順には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of a system stop process according to the second embodiment. The system stop processing of the second embodiment is different from the system stop processing of the first embodiment in that steps S123 and S130 are additionally performed. Other procedures in the system stop processing according to the second embodiment are the same as those in the system stop processing according to the first embodiment. Therefore, the same steps are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態では、ステップS120で実行される燃料電池100の停止処理を「第1停止処理」と呼ぶ。これは、後述の第2停止処理と区別するためである。第1停止処理では、上述のように、ポンプ370は駆動される。
In the present embodiment, the stop processing of the
ステップS110において、排気排水弁380の凍結が有ると判定された場合(ステップS110:YES)、制御部600は、停止要求受信から所定時間経過したか否かを判定する(ステップS123)。本実施形態において、所定時間は、5分に設定されている。なお、5分に限らず、任意の時間を所定時間として設定してもよい。停止要求受信から所定時間経過していないと判定された場合(ステップS123:NO)、上述のステップS125が実行され、アイドリング運転が継続される。これに対して、停止要求受信から所定時間経過したと判定された場合(ステップS123:YES)、制御部600は、第2停止処理を実行し(ステップS130)、システム停止処理は終了する。
When it is determined in step S110 that the exhaust /
第2停止処理は、ポンプ370の駆動を行わない点において、第1停止処理と異なる。したがって、第2停止処理には、補機類への給電停止に伴うインジェクタ350およびエアコンプレッサ220の動作停止と、排気排水弁380の開動作とが含まれる。但し、第2停止処理が実行される場合には、排気排水弁380の凍結が有るため、開動作の指示が送信されても排気排水弁380の開動作は実行できない。
The second stop processing differs from the first stop processing in that the
以上説明した第2実施形態の燃料電池システム10は、第1実施形態の燃料電池システム10と同様な効果を有する。加えて、制御部600は、停止要求を受信してから所定期間の経過後まで継続的に排気排水弁380の凍結が有ると判定する場合に、ポンプ370の駆動を含まない停止処理である第2停止処理を実行するので、排気排水弁380が凍結した状態においてポンプ370を駆動することを抑制できる。アイドリング運転の継続に伴って気液分離器360に貯留する水分量は増大する。しかし、第2実施形態の燃料電池システム10では、かかる状態においてポンプ370を駆動せずに燃料電池100を停止できるので、ポンプ370の駆動に伴って気液分離器360に貯留する水分が燃料電池100に向かって送り出されて燃料電池100内に入り込むことを抑制できる。このため、フラッディングの発生を抑制して燃料電池100の発電効率の低下を抑制できる。
The
C.他の実施形態:
C1.他の実施形態1:
各実施形態では、停止処理および第1停止処理には、ポンプ370の駆動が含まれていたが、ポンプ370の駆動を含まなくてもよい。かかる構成においても、各実施形態と同様な効果を有する。一般に、循環流路311の圧力は、大気からのガスの流入防止のために、大気圧以上となるように制御されている。このため、ポンプ370を駆動しない構成においても、排気排水弁380を開くことにより、気液分離器360に溜まった水を排出できる。また、上記構成によれば、ポンプ370の駆動を含まないので、気液分離器360内に溜まった水がポンプ370によって燃料電池100内に送り出される、換言すると汲み上げられることを抑制できる。また、第2実施形態の第2停止処理において、排気排水弁380の開動作の指示の送信を省略してもよい。第2停止処理が実行される場合、排気排水弁380の凍結が有る状態である。したがって、上述の構成とすることにより、無駄な開動作の指示を送信しなくて済み、制御部600の消費電力を抑えることができる。
C. Other embodiments:
C1. Other Embodiment 1:
In each embodiment, the stop processing and the first stop processing include the driving of the
C2.他の実施形態2:
各実施形態では、排気排水弁凍結判定処理において、5回連続して「アノード供給圧力は前回特定値から所定値以上低下した」と判定された場合に、排気排水弁380の凍結が無いと判定されていたが、5回に限らず1回や6回などの任意の数だけ連続して「アノード供給圧力は前回特定値から所定値以上低下した」と判定された場合に、排気排水弁380の凍結が無いと判定されてもよい。
C2. Other Embodiment 2:
In each embodiment, in the exhaust water drain valve freezing determination process, when it is determined that “anode supply pressure has decreased from the previous specified value by a predetermined value or more” five consecutive times, it is determined that the exhaust
また、各実施形態では、開弁指示を送信する前のアノード供給圧力に対する開弁指示の送信後のアノード供給圧力の低下量が所定の閾値以上低下したか否かによって、排気排水弁380の凍結の有無を判定していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、排気排水弁380が凍結している場合としていない場合とで、排気排水弁380に対して開動作を指示した場合のアノード供給圧力の値を予め実験によりそれぞれ求める。加えて、求められた各値を含む所定の圧力値範囲を、凍結が有る場合の圧力値範囲、および凍結が無い場合の圧力値範囲としてそれぞれ設定しておく。そして、ステップS210において特定されたアノード供給圧力値がいずれの場合の圧力値範囲に含まれるか否かによって、排気排水弁380の凍結の有無を判定してもよい。また、例えば、車両が外気温を取得可能な構成においては、取得された外気温を制御部600が取得する構成とし、取得された外気温が所定温度以下の場合に排気排水弁380の凍結が有ると特定し、所定温度よりも高い場合には排気排水弁380の凍結が無いと判定してもよい。なお、上記所定温度は、例えば、0℃としてもよい。また、例えば、排気排水弁380の近傍に温度センサを配置し、かかる温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に排気排水弁380の凍結が有ると特定し、所定温度よりも高い場合には排気排水弁380の凍結が無いと判定してもよい。なお、かかる構成における所定温度も、例えば、0℃としてもよい。また、例えば、排水流路312において排気排水弁380の下流側であって排気排水弁380の近傍にガス流量センサを配置する構成とし、かかるガス流量センサにより検出されるガス流量が所定流量以下の場合に排気排水弁380の凍結が有ると特定し、所定流量よりも大きい場合には排気排水弁380の凍結が無いと判定してもよい。なお、かかる構成における所定流量は、例えば、100mlとしてもよい。また、例えば、排気排水弁380がソレノイドバルブである場合には、排気排水弁380に電圧を印加した際の電流値を測定し、かかる電流値により排気排水弁380の凍結の有無を判定してもよい。排気排水弁380が凍結している場合には、排気排水弁380に電圧を印加した場合に流れる電流は、凍結していない場合に比べて大きい。したがって、測定した電流値が閾値電流以上である場合に排気排水弁380の凍結が有ると判定してもよい。
Further, in each embodiment, the freezing of the exhaust /
C3.他の実施形態3:
各実施形態では、制御部600は、車両に搭載されたコンピュータとして構成されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、車両を、図示しない管理サーバと通信可能な構成とし、かかる管理サーバが制御部600として機能する構成としてもよい。かかる構成においては、車両は、管理サーバからの指示の受信、および指示に応じた処理の実行結果を管理サーバに返信するための通信装置と、管理サーバから受信した指示に応じて、各弁230、240、330、340、380、エアコンプレッサ220、インジェクタ350およびポンプ370を制御する制御部とを備える構成としてもよい。かかる構成における車両と管理サーバとの通信は、例えば、ITS(高度道路交通システム)を利用した通信として実現してもよい。また、例えば、車両とは異なる他車両が備えるマイコンが各実施形態の制御部600として機能する構成としてもよい。かかる構成においては、車両と他車両とがいわゆる車車通信を行って、各動作の指示の送受信および、指示に応じた処理の実行結果の送受信を行ってもよい。
C3. Other Embodiment 3:
In each embodiment, the
C4.他の実施形態4:
各実施形態において、燃料電池システム10は、駆動モータに電力を供給するためのシステムとして、車両に搭載されて用いられていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、車両に代えて、船舶や飛行機などの駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。また、燃料電池100に含まれる各単セル110は、固体高分子型燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。
C4. Other Embodiment 4:
In each embodiment, the
C5.他の実施形態5:
各実施形態における燃料電池システム10の構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、排水流路312とバイパス流路213とを接続させずに、それぞれ独立してオフガスを排出する構成としてもよい。また、気液分離器360は、エンドプレート111aを構成要素の一部として有していたが、エンドプレート111aとは独立した装置として構成されてもよい。また、かかる構成においては、排気排水弁380は、気液分離器360と接しない構成とし、管により気液分離器360と接続する構成としてもよい。このような構成においても、燃料電池100のアイドリング運転に伴う廃熱が、燃料電池100と気液分離器360とを接続する管、および気液分離器360と排気排水弁380とを接続する管を介して伝わり、排気排水弁380の解凍を促進できる。また、圧力センサ390の配置位置は、アノードガス供給流路310において、循環流路311との接続箇所よりも水素ガスタンク320により近い位置であったが、かかる接続箇所よりも燃料電池100により近い位置であってもよい。
C5. Other Embodiment 5:
The configuration of the
C6.他の実施形態6:
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、制御部600の少なくとも一部の機能を、集積回路、ディスクリート回路、またはそれらの回路を組み合わせたモジュールにより実現してもよい。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア(コンピュータプログラム)は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやCD−ROMのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のRAMやROM等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。
C6. Other Embodiment 6:
In the above embodiment, a part of the configuration realized by hardware may be replaced by software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced by hardware. For example, at least a part of the function of the
本開示は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary of the invention may be used to solve some or all of the above-described problems, or to provide one of the above-described effects. In order to achieve a part or all, replacement or combination can be appropriately performed. If the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
10…燃料電池システム、100…燃料電池、102a…アノードガス供給マニホールド、102b…アノードオフガス排出マニホールド、110…単セル、111a…エンドプレート、111b…エンドプレート、200…カソード側ガス供給排出機構、210…カソードガス取込流路、211…カソード供給流路、212…カソード排出流路、213…バイパス流路、220…エアコンプレッサ、230…三方弁、240…背圧弁、300…アノード側ガス供給排出機構、310…アノードガス供給流路、311…循環流路、312…排水流路、320…水素ガスタンク、330…遮断弁、340…調圧弁、350…インジェクタ、360…気液分離器、370…ポンプ、380…排気排水弁、390…圧力センサ、600…制御部、ΔP1…圧力低下量、ΔP2…圧力低下量、T1〜T5、T11〜T15…時刻 Reference Signs List 10: fuel cell system, 100: fuel cell, 102a: anode gas supply manifold, 102b: anode off gas discharge manifold, 110: single cell, 111a: end plate, 111b: end plate, 200: cathode side gas supply / discharge mechanism, 210 ... Cathode gas intake passage, 211 ... Cathode supply passage, 212 ... Cathode discharge passage, 213 ... Bypass passage, 220 ... Air compressor, 230 ... Three-way valve, 240 ... Back pressure valve, 300 ... Anode side gas supply / discharge Mechanism: 310: anode gas supply channel, 311: circulation channel, 312: drain channel, 320: hydrogen gas tank, 330: shut-off valve, 340: pressure regulating valve, 350: injector, 360: gas-liquid separator, 370 ... Pump, 380: exhaust / drain valve, 390: pressure sensor, 600: control unit, Δ 1 ... pressure reduction amount, ΔP2 ... pressure reduction amount, T1~T5, T11~T15 ... time
Claims (5)
燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、
前記気液分離器が分離した前記水分を前記気液分離器から排出するための排水流路と、
前記排水流路に配置され、前記気液分離器からの前記水分の排出を制御する弁と、
前記燃料電池の運転および前記弁の開閉を制御し、前記弁の凍結の有無を判定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信する場合に、
前記弁の凍結の有無を繰り返し判定し、
前記弁の凍結が有ると判定する場合に、前記弁の凍結が無いと判定するまで前記燃料電池の運転を継続し、
前記弁の凍結が無いと判定する場合に、前記弁を開く処理を含む前記燃料電池の停止処理を実行する、
燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell,
A gas-liquid separator for separating water from the anode off-gas discharged from the fuel cell,
A drain passage for discharging the water separated by the gas-liquid separator from the gas-liquid separator,
A valve disposed in the drain passage to control discharge of the moisture from the gas-liquid separator;
A control unit that controls the operation of the fuel cell and the opening and closing of the valve, and determines whether the valve is frozen.
With
The control unit, when receiving a request to stop the fuel cell during operation of the fuel cell,
Repeatedly determining the presence or absence of freezing of the valve,
When determining that there is freezing of the valve, continue operating the fuel cell until determining that there is no freezing of the valve,
When it is determined that there is no freezing of the valve, executing a stop process of the fuel cell including a process of opening the valve,
Fuel cell system.
前記燃料電池にアノードガスを供給する供給流路と、
前記気液分離器と前記供給流路とを連通する循環流路と、
前記循環流路に配置され、前記気液分離器により前記水分が分離された後の前記アノードオフガスを前記供給流路に供給するポンプと、
を更に備え、
前記停止処理は、前記ポンプの駆動を含む、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
A supply channel for supplying anode gas to the fuel cell,
A circulation passage communicating the gas-liquid separator and the supply passage,
A pump that is disposed in the circulation flow path and supplies the anode off-gas after the water is separated by the gas-liquid separator to the supply flow path,
Further comprising
The stopping process includes driving the pump.
Fuel cell system.
前記ポンプの駆動を含む前記停止処理を第1停止処理とするとき、
前記制御部は、前記弁の凍結が有ると判定する場合であっても、前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信してから予め定められた期間の経過後まで継続的に前記弁の凍結が有ると判定する場合には、前記第1停止処理とは異なる第2停止処理であって前記ポンプの駆動を含まない前記停止処理である第2停止処理を実行する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2,
When the stop processing including the driving of the pump is a first stop processing,
Even if it is determined that the valve is frozen, the control unit continuously receives a request to stop the fuel cell during the operation of the fuel cell and after a predetermined period elapses. If it is determined that the valve is frozen, a second stop process that is a second stop process different from the first stop process and that does not include the driving of the pump is performed.
Fuel cell system.
前記燃料電池にアノードガスを供給する供給流路と、
前記気液分離器と前記供給流路とを連通する循環流路と、
前記供給流路におけるガス圧を検出する圧力センサと、
を更に備え、
前記制御部は、前記弁に対して開動作の指示を送信する前の前記ガス圧に対する、該指示の送信後の前記ガス圧の低下量を利用して、前記弁の凍結の有無を判定する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A supply channel for supplying anode gas to the fuel cell,
A circulation passage communicating the gas-liquid separator and the supply passage,
A pressure sensor for detecting a gas pressure in the supply flow path,
Further comprising
The control unit determines the presence or absence of freezing of the valve by using a decrease amount of the gas pressure after transmitting the instruction with respect to the gas pressure before transmitting the instruction of the opening operation to the valve. ,
Fuel cell system.
前記燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、前記気液分離器が分離した前記水分を前記気液分離器から排出するための排水流路と、前記排水流路に配置され、前記気液分離器からの前記水分の排出を制御する弁と、を有し、
前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信する場合に、前記弁の凍結の有無を繰り返し判定する工程と、
前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信し、且つ、前記弁の凍結が有ると判定された場合に、前記弁の凍結が無いと判定されるまで前記燃料電池の運転を継続する工程と、
前記燃料電池の運転中に前記燃料電池の停止要求を受信し、且つ、前記弁の凍結が無いと判定された場合に、前記弁を開く処理を含む前記燃料電池の停止処理を実行する工程と、
を備える、
燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system, comprising:
The fuel cell system includes a fuel cell, a gas-liquid separator that separates water from anode off-gas discharged from the fuel cell, and a device that discharges the water separated by the gas-liquid separator from the gas-liquid separator. A drain channel, and a valve disposed in the drain channel to control discharge of the moisture from the gas-liquid separator,
When receiving a request to stop the fuel cell during operation of the fuel cell, a step of repeatedly determining whether the valve is frozen,
When the fuel cell stop request is received during the operation of the fuel cell, and when it is determined that the valve is frozen, the operation of the fuel cell is continued until it is determined that the valve is not frozen. The process of
Receiving a request to stop the fuel cell during operation of the fuel cell, and, when it is determined that the valve is not frozen, performing a stop process of the fuel cell including a process of opening the valve; and ,
Comprising,
A control method for a fuel cell system.
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